JP4509535B2

JP4509535B2 - 半導体装置および制御方法

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Publication number: JP4509535B2
Application number: JP2003381580A
Authority: JP
Inventors: 学高橋; 康二川道; 昇平大石; 勝小原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2023-11-11
Also published as: JP2004187492A

Description

本発明は、例えばインバータ制御用のために、相補ＰＷＭ信号を生成する半導体装置に関するものであり、特に、相補ＰＷＭ信号にデッドタイムを付加するための技術に属する。

図１１に示すような、２個のスイッチング素子５１，５２を直列接続した構成からなるインバータ回路５は、ＩＨ調理器などの誘導加熱装置を構成する回路として広く使用されている（特許文献１参照）。また、モータ駆動用のインバータ回路も、各相において２個のスイッチング素子を直列に接続し、これを３相並列に接続した構成であり、基本的には同様の構成となる。

これらのインバータ回路は、通常、同時にオンしない時間（デッドタイム）を付加したＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を用いて制御される。この信号の例を図１２（ａ）に示す。このデッドタイムの役割の１つは、図１２（ｂ）に示すように、２個のスイッチング素子が同時にオンすることによって、貫通電流が流れ、インバータ制御回路を破壊してしまうことを防止することである。また一般には、図１３に示すように、異なる２個のスイッチング素子のオン・オフ特性に合わせた最適なスイッチングタイミングを設定し、スイッチング素子の電力損失を最小限にすることを目的として設定される。電力損失は、オン・オフ切り換え時の電流と電圧の積によって求められる。

従来、このデッドタイムを設定する手法として、１）通常のＰＷＭ出力を使用し、制御回路上でデッドタイムを付加する手法、２）半導体装置からの一定のデッドタイム付きＰＷＭ出力を用いる手法、３）１）と２）を組み合わせた手法が知られている。

１）の手法は例えば特許文献１に開示されており、誘導加熱調理器を制御するインバータ駆動回路に制御回路を付加することによってデッドタイムを設定することができる。上述の図１１はその基本回路構成であり、デッドタイム設定回路７は、駆動制御回路６から２個のスイッチング素子５１，５２を同時にオフする信号を生成する。図１３に示すように、デッドタイムｔｄ１は、Ｖｇｅ２が０ｖになってスイッチング素子５２がオフしてから、Ｖｃｅ１の残存電圧が最小になるまでの期間に設定し、デッドタイムｔｄ２はＶｇｅ１が０ｖになってスイッチング素子５１がオフしてから、ｉｃ２のマイナス電流（スイッチング素子１内蔵のフリーホイールダイオード電流）のがほぼ半減するまでの期間に設定する。いずれも、回路の定数によって決定される。

これ以外でも、ＰＷＭ出力と遅延回路との組み合わせによって実現する手法が知られており、例えば図１４のように、それぞれのＰＷＭ信号に対し、任意に設定するＣＲ回路５３，５４によって遅延をもたせることによってデッドタイムを付加する。これにより、図１５に示すような２種類のデッドタイム付き出力信号を生成することが可能である。

また、制御回路を付加する必要がないように、マイクロコンピュータからデッドタイムを付加したＰＷＭ出力を生成する機能を有するものも実現されている。この場合のデッドタイム設定には、デッドタイム時間を設定するための１個のデッドタイムレジスタが用いられ、ＰＷＭ信号のオンタイミングとオフタイミングで同一のデッドタイムが付加される。

このようなインバータ制御用のマイクロコンピュータの多くは、カウンタと比較器（コンパレータ）等を備えている。カウンタが０から周波数設定値までカウントアップし、その間にカウント値とデューティ設定値を比較し、一致したときに出力信号を反転することによって、基準となるＰＷＭ信号を生成する。このとき、カウンタとデッドタイム設定値とを比較し、一致するまで、オンするタイミングを出力反転タイミングから遅らせることによって、デッドタイムを挿入する。この場合、デッドタイムはスイッチング素子の特性によらず、一定の時間を設定できる。
特開平１０−１４９８７６号公報

ところが、上述の特許文献１や、ＣＲ回路を用いた方法では、設定されるデッドタイムは基板上のハード設定で決定されるため、スイッチング素子に対して一定の値を設定できるのみであった。このため、デッドタイムの最適値を変更・設定するのは困難であり、より高度な制御を行うためには、例えばハード的にＣＲ成分を変更する制御回路部が必要になるなどの制約があった。さらに、ＰＷＭ信号が時定数を持った波形となることや、部品ばらつきの面から、精度の高い制御を行うことが困難になっていた。

さらに、インバータ制御用マイクロコンピュータとしてデッドタイム付きＰＷＭ出力を実現する手法では、デッドタイムレジスタを１個しか持たないため、立ち上がりと立ち下りに共通のデッドタイムを付加する機能を有するのみだった。このため、対となるスイッチング素子の特性が対称なインバータ回路を制御する場合には特に問題とならないが、スイッチング特性が互いに異なるインバータ回路を制御する場合には、個別に最適なデッドタイムを設定することが求められ、この場合には、適用が困難であるという問題があった。

前記の問題に鑑み、本発明は、例えばインバータ制御用のために相補ＰＷＭ信号を生成する半導体装置において、デッドタイムを、柔軟に、かつ、簡易な構成によって付加できるようにすることを課題とする。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明が講じた解決手段は、半導体装置として、第１のＰＷＭ信号と、前記第１のＰＷＭ信号の反転信号である第２のＰＷＭ信号とを生成する相補ＰＷＭ生成部と、前記第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第１のデッドタイムを付加するとともに、前記第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第２のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、前記デッドタイム付加部は、前記第１のデッドタイムと、前記第２のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されており、かつ、デッドタイムタイマと、第１および第２のデッドタイム設定レジスタと、所定のタイミングで前記第１のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第１のバッファレジスタと、所定のタイミングで前記第２のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第２のバッファレジスタとを備え、前記デッドタイムタイマの値が前記第１のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第１のデッドタイムとして設定するとともに、前記デッドタイムタイマの値が前記第２のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第２のデッドタイムとして設定するものである。

また、請求項２の発明が講じた解決手段は、半導体装置として、第１のＰＷＭ信号と、前記第１のＰＷＭ信号の反転信号である第２のＰＷＭ信号とを生成する相補ＰＷＭ生成部と、前記第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第１のデッドタイムを付加するとともに、前記第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第２のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、前記デッドタイム付加部は、前記第１のデッドタイムと、前記第２のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されており、かつ、第１および第２のデッドタイムタイマと、第１および第２のデッドタイム設定レジスタと、所定のタイミングで前記第１のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第１のバッファレジスタと、所定のタイミングで前記第２のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第２のバッファレジスタとを備え、前記第１のデッドタイムタイマの値が前記第１のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第１のデッドタイムとして設定するとともに、前記第２のデッドタイムタイマの値が前記第２のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第２のデッドタイムとして設定するものである。

また、請求項３の発明が講じた解決手段は、半導体装置として、第１のＰＷＭ信号と、前記第１のＰＷＭ信号の反転信号である第２のＰＷＭ信号とを生成する相補ＰＷＭ生成部と、前記第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第１のデッドタイムを付加するとともに、前記第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第２のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、前記デッドタイム付加部は、前記第１のデッドタイムと、前記第２のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されており、かつ、第１および第２のデッドタイム設定レジスタと、所定のタイミングで前記第１のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第１のバッファレジスタと、所定のタイミングで前記第２のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第２のバッファレジスタと、前記相補ＰＷＭ生成部が有する原ＰＷＭ信号の周期を設定する周期タイマのカウンタ値を前記第１および第２のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する比較器とを備え、前記比較器による前記第１のデッドタイム設定レジスタの設定値との比較結果を基にして、前記第１のデッドタイムを設定するとともに、前記比較器による前記第２のデッドタイム設定レジスタの設定値との比較を基にして、前記第２のデッドタイムを設定するものである。

また、請求項４の発明が講じた解決手段は、半導体装置として、第１のＰＷＭ信号と、前記第１のＰＷＭ信号の反転信号である第２のＰＷＭ信号とを生成する相補ＰＷＭ生成部と、前記第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第１のデッドタイムを付加するとともに、前記第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第２のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、前記デッドタイム付加部は、前記第１のデッドタイムと、前記第２のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されており、かつ、第１および第２のデッドタイム設定レジスタと、所定のタイミングで前記第１のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第１のバッファレジスタと、所定のタイミングで前記第２のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第２のバッファレジスタと、前記相補ＰＷＭ生成部が有する原ＰＷＭ信号の周期を設定する周期タイマのカウンタ値を前記第１のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する第１の比較器と、前記周期タイマのカウンタ値を前記第２のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する第２の比較器とを備え、前記第１の比較器による比較結果を基にして、前記第１のデッドタイムを設定するとともに、前記第２の比較器による比較結果を基にして、前記第２のデッドタイムを設定するものである。

また、請求項５の発明では、請求項１の半導体装置において、前記第１および第２のデッドタイム設定レジスタは、並列に前記デッドタイムタイマに対して接続されるよう配置されているものとする。

また、請求項６の発明では、請求項３の半導体装置において、前記第１および第２のデッドタイム設定レジスタは、並列に前記比較器に対して接続されるよう配置されているものとする。

また、請求項７の発明では、前記請求項１〜４のうちいずれか１項の半導体装置は、デッドタイム切替入力に応じて、前記第１および第２のデッドタイムのうち少なくともいずれか一方が、設定変更可能なように構成されているものとする。

また、請求項８の発明が講じた解決手段は、コイルによる加熱動作を行うインバータ回路と、前記インバータ回路をデッドタイムを付加した前記第１および第２のＰＷＭ信号を与えることによって制御する前記請求項７の半導体装置とを備えた誘導加熱装置における制御方法として、前記インバータ回路が前記半導体装置に前記デッドタイム切替入力として信号を与え、前記半導体装置が受けた前記デッドタイム切替入力に応じて、前記第１および第２のデッドタイムのうち少なくとも一方を設定変更するものである。

そして、請求項９の発明では、前記請求項８の制御方法において、前記インバータ回路は、前記デッドタイム切替入力として異常加熱を示す異常信号を出力し、前記半導体装置は、前記異常信号を受けたとき前記設定変更を実行するものとする。

また、請求項１０の発明では、前記請求項８の制御方法において、前記インバータ回路は、前記デッドタイム切替入力として加熱コイル電流の電流値を示すアナログ信号を出力し、前記半導体装置は、受けた前記アナログ信号をＡＤ変換し、変換値が所定範囲外にあるとき前記設定変更を実行するものとする。

本発明によると、ＰＷＭ信号と、その反転信号とで、異なるデッドタイムの設定が可能となる。このため、回路上でデッドタイムの最適値を変更・設定する必要がなくなると共に、個別に最適なデッドタイムの設定を実施することが可能となり、電力損失を抑えた、より高度な制御を行うことが可能になる。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。図１の半導体装置は、インバータ制御用のためにＰＷＭ信号を生成するものであり、代表的にはマイクロコンピュータ（マイコン）において実現される。

図１において、相補ＰＷＭ生成部１は、デッドタイムが付加される前の相補ＰＷＭ信号、すなわち第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ１およびその反転信号である第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ２を生成するものであり、バッファレジスタ１１，１７、周期設定レジスタ１２、比較器１３，１５、周期タイマ１４、デューティ設定レジスタ１６およびＴフリップフロップ１８を備えている。周期タイマ１４はオーバーフロー、または周期設定レジスタ１２の設定値との比較一致によってリスタートし、原ＰＷＭ信号ＰＷＭ０の周期を設定する。また、周期タイマ１４のカウンタ値とデューティ設定レジスタ１６の設定値との比較一致によって、原ＰＷＭ信号ＰＷＭ０のオン期間を設定する。

デッドタイム付加部２は、相補ＰＷＭ生成部１によって生成された第１および第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２にデッドタイムを付加するものであり、エッジ検出部２１、デッドタイムタイマ２２、バッファレジスタ２３、直列に配置された第１および第２のデッドタイム設定レジスタ２４ａ，２４ｂ、並びに第１および第２のデッドタイム挿入部２５ａ，２５ｂを備えている。デッドタイムタイマ２２は、周期タイマ１４の起動タイミング、および、周期タイマ１４とデューティ設定レジスタ１６との比較一致に同期してリスタートする。そして、デッドタイムタイマ２２の値が第１のデッドタイム設定レジスタ２４ａの設定値に達するまでの時間を、第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ１の立ち上がり時に第１のデッドタイムとして付加するとともに、デッドタイムタイマ２２の値が第２のデッドタイム設定レジスタ２４ｂの設定値に達するまでの時間を、第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ２の立ち上がり時に第２のデッドタイムとして付加する。このようにして、上相信号ＳＵおよび下相信号ＳＬが生成される。

デッドタイム設定用のバッファレジスタ２３へのデータ設定には割り込み処理が用いられ、周期タイマ１４とデューティ設定レジスタ１６との比較一致割り込みの場合は、第２のデッドタイムの設定値が設定される一方、周期タイマ１４と周期設定レジスタ１２との比較一致割り込みの場合は、第１のデッドタイムの設定値が設定される。また、それぞれの割り込みのタイミングで、第２のデッドタイム設定レジスタ２４ｂから第１のデッドタイムレジスタ２４ａへの転送と、バッファレジスタ２３から第２のデッドタイム設定レジスタ２４ｂへの転送とが行われる。これにより、第１のデッドタイム設定レジスタ２４ａには、周期タイマ１４と周期設定レジスタ１２との比較一致割り込みのタイミングで、第１のデッドタイムの設定値が設定される一方、周期タイマ１４とデューティ設定レジスタ１６との比較一致割り込みのタイミングで、第２のデッドタイムの設定値が設定される。

図２は図１の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。図２に示すように、周期タイマ１４のカウント開始と同時に、原ＰＷＭ信号ＰＷＭ０が立ち上がるともに、デッドタイムタイマ２２がカウントを開始する。そして、デッドタイムタイマ２２のカウント値が第１のデッドタイム設定レジスタ２４ａの設定値（第１のデッドタイムの設定値）に達したとき、上相信号ＳＵが立ち上がり、第１のデッドタイムｔ１が設定される。その後、周期タイマ１４のカウント値がデューティ設定レジスタ１６の設定値に達したとき、原ＰＷＭ信号ＰＷＭ０が立ち下がるとともに、上相信号ＳＵが立ち下がる。

このとき、デッドタイムタイマ２２がカウントを再び開始し、そのカウント値が第１のデッドタイム設定レジスタ２４ａの設定値（第２のデッドタイムの設定値）に達したとき、下相信号ＳＬが立ち上がり、第２のデッドタイムｔ２が設定される。その後、周期タイマ１４のカウント値が周期設定レジスタ１２の設定値に達したとき、下相信号ＳＬが立ち下がる。

以上のように本実施形態によると、第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に付加する第１のデッドタイムと、第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に付加する第２のデッドタイムとを、個別に設定することができる。

また、本実施形態を、例えば、デッドタイム期間レジスタを用いてデッドタイム設定を切り替える構成（比較例）と比較すると、次のような長所がある。すなわち、比較例の場合には、デッドタイム設定用のバッファレジスタを備えていないため、レジスタ値の更新を最適なタイミングで実行することができず、したがって、デッドタイムレジスタ設定値とデッドタイムカウンタの大小関係が反転しないように、一旦ＰＷＭ出力を停止してから切り替えるしかなかった。

ところが本実施形態によると、割り込み処理内でデッドタイムの設定を切り替える必要はあるものの、２個のデッドタイム設定レジスタ間の転送はハードによる最適なタイミングで実施されるため、ＰＷＭ出力を停止することなく容易に実現可能となる。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図であり、図１と共通の構成要素については図１と同一の符号を付している。図１と異なるのは、デッドタイム付加部２Ａにおいて、第１および第２のデッドタイム設定レジスタ２４ａ，２４ｂが並列に配置されており、それぞれにバッファレジスタ２３ａ，２３ｂが設けられている点である。

図４は図３の半導体装置の動作を示すタイミングチャートであり、基本的な動作は第１の実施形態と同様である。ただし、第１および第２のデッドタイム設定レジスタ２４ａ，２４ｂの設定値の更新は、周期タイマ１４と周期設定レジスタ１２との比較一致タイミングにおいて実行される。

すなわち、本実施形態では、第１の実施形態と比べるとバッファレジスタを１個追加した構成になっているが、第１の実施形態のようにＰＷＭ周期設定割り込みとデューティ設定割込みの処理内でデッドタイム時間設定を切り替える必要がない。またバッファレジスタは、単純に、あるタイミングで（周期毎に）デッドタイム設定レジスタへの転送を行うだけのものである。したがって、ＣＰＵに負担をかけることなく実現が可能となる。

（第３の実施形態）
図５は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図であり、図３と共通の構成要素については図３と同一の符号を付している。図３と異なるのは、デッドタイム付加部２Ｂにおいて、第１のデッドタイム用と第２のデッドタイム用に、それぞれ第１および第２のデッドタイムタイマ２２ａ，２２ｂが設けられている点である。第１のデッドタイムタイマ２２ａは周期タイマ１４の起動タイミングに同期して起動し、第２のデッドタイムタイマ２２ｂは周期タイマ１４とデューティ設定レジスタ１６との比較一致に同期してスタートする。

図６は図５の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。図６に示すように、周期タイマ１４のカウント開始と同時に、原ＰＷＭ信号ＰＷＭ０が立ち上がるともに、第１のデッドタイムタイマ２２ａがカウントを開始する。そして、デッドタイムタイマ２２ａのカウント値が第１のデッドタイム設定レジスタ２４ａの設定値に達したとき、上相信号ＳＵが立ち上がり、第１のデッドタイムｔ１が設定される。その後、周期タイマ１４のカウント値がデューティ設定レジスタ１６の設定値に達したとき、原ＰＷＭ信号ＰＷＭ０が立ち下がるとともに、上相信号ＳＵが立ち下がる。

このとき、第２のデッドタイムタイマ２２ｂがカウントを再び開始し、そのカウント値が第２のデッドタイム設定レジスタ２４ｂの設定値に達したとき、下相信号ＳＬが立ち上がり、第２のデッドタイムｔ２が設定される。その後、周期タイマ１４のカウント値が周期設定レジスタ１２の設定値に達したとき、下相信号ＳＬが立ち下がる。

以上のように本実施形態でも、第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に付加する第１のデッドタイムと、第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に付加する第２のデッドタイムとを、個別に設定することができる。また、第１および第２の実施形態と対比すると、デッドタイムタイマを１個追加した構成となるが、本実施形態によると、割込み処理内でデッドタイム時間設定を切り替える必要がないので、ＣＰＵに負担をかけることなく実現が可能となる。

また、本実施形態で追加されるタイマは単純に設定された時間を計測するだけのものであるため、従来からマイコンに搭載されているタイマを転用することができ、容易に実現が可能である。

（第４の実施形態）
図７は本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図であり、図３と共通の構成要素については図３と同一の符号を付している。図３と異なるのは、デッドタイム付加部２Ｃにおいて、デッドタイムタイマおよびエッジ検出部が省かれ、代わりに、比較器２６および付加相判別器２７が設けられている点である。

比較器２６は周期タイマ１４のカウント値を、第１および第２のデッドタイム設定レジスタ２４ａ，２４ｂと比較する。付加相判別器２７は、比較器２６が比較一致を検出した場合、第１のデッドタイム設定レジスタ２４ａとの比較一致のときは第１のデッドタイム挿入部２５ａに第１のデッドタイムの挿入を指示する一方、第２のデッドタイム設定レジスタ２４ｂとの比較一致のときは第２のデッドタイム挿入部２５ｂに第２のデッドタイムの挿入を指示する。

図８は図７の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。図８に示すように、周期タイマ１４のカウント開始と同時に、原ＰＷＭ信号ＰＷＭ０が立ち上がる。そして、周期タイマ１４のカウント値が第１のデッドタイム設定レジスタ２４ａの設定値に達したことが比較器２６によって検知されたとき、上相信号ＳＵが立ち上がり、第１のデッドタイムｔ１が設定される。その後、周期タイマ１４のカウント値がデューティ設定レジスタ１６の設定値に達したとき、原ＰＷＭ信号ＰＷＭ０が立ち下がるとともに、上相信号ＳＵが立ち下がる。このとき、比較器２６の比較基準が、第１のデッドタイム設定レジスタ２４ａの設定値から第２のデッドタイム設定レジスタ２４ｂの設定値に切り替えられる。

さらに、周期タイマ１４のカウント値が第２のデッドタイム設定レジスタ２４ｂの設定値に達したとき、下相信号ＳＬが立ち上がり、第２のデッドタイムｔ２が設定される。その後、周期タイマ１４のカウント値が周期設定レジスタ１２の設定値に達したとき、下相信号ＳＬが立ち下がる。このとき、第１および第２のバッファレジスタ２３ａ，２３ｂから第１および第２のデッドタイム設定レジスタ２４ａ，２４ｂにデータ転送されるとともに、比較器２６の比較基準が、第２のデッドタイム設定レジスタ２４ｂの設定値から第１のデッドタイム設定レジスタ２４ｂの設定値に切り替えられる。

以上のように本実施形態でも、第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に付加する第１のデッドタイムと、第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に付加する第２のデッドタイムとを、個別に設定することができる。また、周期タイマを利用することによって、デッドタイムタイマを省くことができ、構成が簡易になる。また、比較器の回路は、一般的なマイコンに搭載されている回路を転用すればよく、容易に実現可能である。

（第５の実施形態）
図９は本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図であり、図７と共通の構成要素については図７と同一の符号を付している。図７と異なるのは、デッドタイム付加部２Ｄにおいて、第１および第２のデッドタイム設定レジスタ２４ａ，２４ｂのそれぞれに対応して、第１および第２の比較器２６ａ，２６ｂが設けられている点である。

図１０は図９の半導体装置の動作を示すタイミングチャートであり、基本的な動作は第４の実施形態と同様である。ただし、比較器の比較基準を切り換える必要がなく、動作がより簡易になっている。

すなわち、本実施形態では、第４の実施形態と比べると比較器を１個追加した構成になっているが、第４の実施形態のように比較基準を切り替える必要がない。しかも、同じ回路を２個並べた単純な構成で実現可能である。また比較器の回路は、一般的なマイコンに搭載されている回路を転用すればよく、容易に実現可能である。

なお、モータ駆動用インバータ回路では、スイッチング回路が３相並列で構成されているので、上述の各実施形態で述べたデッドタイム付加機能を適用することができ、同様の効果が得られる。

（第６の実施形態）
図１６は本発明の第６の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す図である。図１６において、半導体装置３１は上述の各実施形態で示したものと同様に構成されており、コイルによる加熱動作を行うインバータ回路３２を、上相信号ＳＵおよび下相信号ＳＬを与えることによって制御する。半導体装置３１はさらに、第１および第２のデッドタイムのうち少なくともいずれか一方が、デッドタイム切替入力に応じて設定変更可能なように、構成されている。デッドタイムの設定変更は例えば、上述した第１および第２のデッドタイム設定レジスタ２４ａ，２４ｂの設定値を、外部割込みに応じて、ソフトウェア制御によって変更することによって実現できる。

本実施形態におけるデッドタイムの変更制御について、図１７を参照して説明する。図１７は図１６の誘導加熱装置において、デッドタイム設定が不適切な状態で加熱を開始したときの出力変化を示すタイミングチャートである。まず、一旦、通常の加熱シーケンスに従って出力が増加するが、デッドタイムが適切に設定されていない場合は、インバータ回路３２は異常加熱を示す異常信号ＳＡを出力する（要因発生）。半導体装置３１はこの異常信号をデッドタイム切替入力として受けたとき、デッドタイムの設定変更を実行する。すなわち、デッドタイム切換え入力を外部割込み入力として即座に加熱を停止した後、速やかにデッドタイム設定を変更して、適切なデッドタイム設定値での加熱を開始する。これにより、その後は正常に動作する。

ここで、異常信号とは、過電流や過電圧の検知の結果、出力される。例えば、加熱センサーの出力と正常範囲に設定された数値とをコンパレータ等によって比較し、センサー出力が正常範囲外である場合に、出力される。このような異常信号の出力機構は、従来からインバータ回路に備わっているので、詳細な説明は割愛する。

（第７の実施形態）
図１８は本発明の第７の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す図である。図１８において、半導体装置４１は上述の各実施形態で示したものと同様に構成されており、コイルによる加熱動作を行うインバータ回路４２を、上相信号ＳＵおよび下相信号ＳＬを与えることによって制御する。半導体装置４１はさらに、第１および第２のデッドタイムのうち少なくともいずれか一方が、デッドタイム切替入力に応じて設定変更可能なように、構成されている。

本実施形態におけるデッドタイムの変更制御も、第６の実施形態と同様に、図１７に示すように実行される。インバータ回路４２は、加熱コイル電流の電流値を示すアナログ信号ＳＢをデッドタイム切替入力として出力する。半導体装置４１はＡ／Ｄ変換器４３を有しており、受けたアナログ信号ＳＢをＡ／Ｄ変換器４３によってＡＤ変換する。そしてその変換値が正常時における所定範囲外にあるとき、即座に加熱を停止した後、速やかにデッドタイム設定を変更して、適切なデッドタイム設定値での加熱を開始する。

本実施形態では、上述の第６の実施形態と比べると、インバータ回路４２における異常加熱を検知するための判定値を、半導体装置４１側で例えばソフトウェアによって容易に変更できる、というメリットがある。

なお、上述の第６および第７の実施形態において、デッドタイムの設定値については、加熱を開始する際の初期値は、ある特定の特性を持つ加熱対象物用の値に設定しておき、これ以外に、他に想定される，特性の異なる加熱対象物用の値を、変更候補として数種類準備しておけばよい。そして、例えばソフトウェア等によって、デッドタイムの設定値を順次切換えることによって、対象物に応じた最適な加熱特性を実現することができる。例えば、誘導加熱装置の一例であるＩＨ調理器において、従来加熱できなかったアルミ等のナベ用と、従来の鉄等のナベ用とでデッドタイム設定値をそれぞれ準備しておき、これら２種類の設定値を切換えることによって、それぞれに最適な制御を実現することができる。

以上説明したように、本発明では、相補ＰＷＭ信号において、デッドタイムを個別に設定できるので、例えば、ＩＨ調理器のような誘導加熱装置におけるインバータ制御を、従来よりも柔軟に、実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。図１の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。図３の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。図５の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。図７の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。図９の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。デッドタイム設定機能を備えた回路構成の一例である。デッドタイムと、その役割を説明するための図である。図１１の回路構成の動作を示すタイミングチャートである。デッドタイム設定機能を備えた回路構成の他の例である。図１４の回路構成の動作を示すタイミングチャートである。本発明の第６の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す図である。本発明の第６および第７の実施形態におけるデッドタイムの変更制御を示すタイミングチャートである。本発明の第７の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す図である。

１相補ＰＷＭ生成部
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄデッドタイム付加部
２２デッドタイムタイマ
２２ａ第１のデッドタイムタイマ
２２ｂ第２のデッドタイムタイマ
２４ａ第１のデッドタイム設定レジスタ
２４ｂ第２のデッドタイム設定レジスタ
２６比較器
２６ａ第１の比較器
２６ｂ第２の比較器
３１，４１半導体装置
３２，４２インバータ回路
ＰＷＭ１第１のＰＷＭ信号
ＰＷＭ２第２のＰＷＭ信号
ＳＡ異常信号
ＳＢアナログ信号

Claims

第１のＰＷＭ信号と、前記第１のＰＷＭ信号の反転信号である第２のＰＷＭ信号とを生成する相補ＰＷＭ生成部と、
前記第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第１のデッドタイムを付加するとともに、前記第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第２のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、
前記デッドタイム付加部は、
前記第１のデッドタイムと、前記第２のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されており、かつ、
デッドタイムタイマと、
第１および第２のデッドタイム設定レジスタと、
所定のタイミングで前記第１のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第１のバッファレジスタと、
所定のタイミングで前記第２のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第２のバッファレジスタとを備え、
前記デッドタイムタイマの値が前記第１のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第１のデッドタイムとして設定するとともに、前記デッドタイムタイマの値が前記第２のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第２のデッドタイムとして設定する
ことを特徴とする半導体装置。
第１のＰＷＭ信号と、前記第１のＰＷＭ信号の反転信号である第２のＰＷＭ信号とを生成する相補ＰＷＭ生成部と、
前記第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第１のデッドタイムを付加するとともに、前記第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第２のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、
前記デッドタイム付加部は、
前記第１のデッドタイムと、前記第２のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されており、かつ、
第１および第２のデッドタイムタイマと、
第１および第２のデッドタイム設定レジスタと、
所定のタイミングで前記第１のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第１のバッファレジスタと、
所定のタイミングで前記第２のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第２のバッファレジスタとを備え、
前記第１のデッドタイムタイマの値が前記第１のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第１のデッドタイムとして設定するとともに、前記第２のデッドタイムタイマの値が前記第２のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第２のデッドタイムとして設定する
ことを特徴とする半導体装置。
第１のＰＷＭ信号と、前記第１のＰＷＭ信号の反転信号である第２のＰＷＭ信号とを生成する相補ＰＷＭ生成部と、
前記第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第１のデッドタイムを付加するとともに、前記第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第２のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、
前記デッドタイム付加部は、
前記第１のデッドタイムと、前記第２のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されており、かつ、
第１および第２のデッドタイム設定レジスタと、
所定のタイミングで前記第１のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第１のバッファレジスタと、
所定のタイミングで前記第２のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第２のバッファレジスタと、
前記相補ＰＷＭ生成部が有する原ＰＷＭ信号の周期を設定する周期タイマのカウンタ値を、前記第１および第２のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する比較器とを備え、
前記比較器による前記第１のデッドタイム設定レジスタの設定値との比較結果を基にして、前記第１のデッドタイムを設定するとともに、前記比較器による前記第２のデッドタイム設定レジスタの設定値との比較を基にして、前記第２のデッドタイムを設定する
ことを特徴とする半導体装置。
第１のＰＷＭ信号と、前記第１のＰＷＭ信号の反転信号である第２のＰＷＭ信号とを生成する相補ＰＷＭ生成部と、
前記第１のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第１のデッドタイムを付加するとともに、前記第２のＰＷＭ信号の立ち上がり時に第２のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、
前記デッドタイム付加部は、
前記第１のデッドタイムと、前記第２のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されており、かつ、
第１および第２のデッドタイム設定レジスタと、
所定のタイミングで前記第１のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第１のバッファレジスタと、
所定のタイミングで前記第２のデッドタイム設定レジスタに転送する値を格納する第２のバッファレジスタと、
前記相補ＰＷＭ生成部が有する原ＰＷＭ信号の周期を設定する周期タイマのカウンタ値を、前記第１のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する第１の比較器と、
前記周期タイマのカウンタ値を、前記第２のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する第２の比較器とを備え、
前記第１の比較器による比較結果を基にして、前記第１のデッドタイムを設定するとともに、前記第２の比較器による比較結果を基にして、前記第２のデッドタイムを設定することを特徴とする半導体装置。
請求項１において、
前記第１および第２のデッドタイム設定レジスタは、並列に前記デッドタイムタイマに対して接続されるよう配置されている
ことを特徴とする半導体装置。
請求項３において、
前記第１および第２のデッドタイム設定レジスタは、並列に前記比較器に対して接続されるよう配置されている
ことを特徴とする半導体装置。
請求項１〜４のうちいずれか１項において、
デッドタイム切替入力に応じて、前記第１および第２のデッドタイムのうち少なくともいずれか一方が、設定変更可能なように構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
コイルによる加熱動作を行うインバータ回路と、前記インバータ回路を、デッドタイムを付加した前記第１および第２のＰＷＭ信号を与えることによって制御する、請求項７の半導体装置とを備えた誘導加熱装置において、
前記インバータ回路が、前記半導体装置に、前記デッドタイム切替入力として信号を与え、
前記半導体装置が、受けた前記デッドタイム切替入力に応じて、前記第１および第２のデッドタイムのうち少なくとも一方を、設定変更する
ことを特徴とする制御方法。
請求項８において、
前記インバータ回路は、前記デッドタイム切替入力として、異常加熱を示す異常信号を出力し、
前記半導体装置は、前記異常信号を受けたとき、前記設定変更を実行する
ことを特徴とする制御方法。
請求項８において、
前記インバータ回路は、前記デッドタイム切替入力として、加熱コイル電流の電流値を示すアナログ信号を出力し、
前記半導体装置は、受けた前記アナログ信号をＡＤ変換し、変換値が所定範囲外にあるとき、前記設定変更を実行する
ことを特徴とする制御方法。